Магнітна аномалія: фізики спіймали невловимого 4D-привида в прискорювачі частинок ЦЕРН

Згідно з дослідженням, опублікованим у журналі Nature Physics, фізики нарешті змогли добре вивчити невидиму структуру в прискорювачі частинок ЦЕРН під назвою Протонний суперсинхротрон. Ця структура може змінювати курс руху пучка частинок і створювати проблеми для вчених під час вивчення цих частинок, пише ScienceAlert.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Цю структуру описують як ту, що виникає у фазовому просторі, який репрезентує один або кілька станів системи, що рухається. Для відображення структури необхідно чотири стани, а тому її розглядають як чотиривимірну.

Ця невидима структура виникає внаслідок такого явища, як резонанс, і здатність її виміряти та кількісно оцінити наближає фізиків до розв'язання універсальної проблеми для магнітних прискорювачів частинок.

За словами вчених, через резонанси пучки частинок рухаються не в тому напрямі, який потрібен вченим, а потім частинки розлітаються і зникають. Таким чином це призводить до погіршення якості пучка частинок і стає складніше отримати потрібні характеристика пучка.

Явище резонансу виникає, коли дві системи взаємодіють і синхронізуються. Наприклад, у планет можна спостерігати орбітальний резонанс, коли відбувається гравітаційна взаємодія між двома світами під час обертання навколо зірки.

У прискорювачах частинок використовують сильні магніти, що створюють електромагнітні поля, які допомагають спрямовувати пучки частинок у тому напрямі, що необхідний фізикам. Але через недосконалість магнітів у прискорювачах частинок можуть виникати резонанси, що призводить до створення магнітної структури, яка погано взаємодіє з частинками.

Динамічну систему набагато складніше описати математично, якщо вона показує більше ступенів свободи. Зазвичай два ступені свободи використовують для опису руху частинок у прискорювачі, тобто це показує дві просторові координати, які необхідні для визначення положення частинок на площині.

Але щоб описати структури в прискорювачі, потрібно використовувати додаткові функції фазового простору, тобто потрібні вимірювання не тільки руху вгору-вниз і вправо-вліво, а й чотири параметри для відображення частинки в просторі. За словами фізиків, для створення карти резонансу потрібно виміряти пучок частинок як у горизонтальній, так і у вертикальній площинах.

Щоб зрозуміти вплив резонансу на пучок частинок у прискорювачі, вченим знадобилося кілька років і довелося використовувати комп'ютерне моделювання. Але отримана інформація дала можливість нарешті виміряти магнітну аномалію.

Фізики спостерігали за положенням пучка частинок у Протонному суперсинхротроні і змогли виміряти положення частинок приблизно для 3 тисяч пучків. Карту резонансу в закорінювачі вдалося створити за допомогою вимірювань того, як розташовані частинки — ближче до центру або ж вони зміщені в один бік.

За слова авторів дослідження, нове відкриття є дуже важливим, адже вдалося показати, як окремі частинки поводяться у зв'язаному резонансі. Також вдалося показати експериментальним шляхом, що теорії та моделі все правильно передбачали.

Тепер фізики хочуть створити теорію, яка описуватиме поведінку окремих частинок за наявності резонансу в прискорювачі. Це допоможе зменшити руйнування пуску частинок і дасть змогу отримати більш точні пучки. Це має надважливе значення як для поточних експериментів, так і майбутніх досліджень у прискорювачі частинок.

Фокус уже писав про те, що для створення імітації умов навколо чорної діри фізики створили вихор із надплинного гелію. Це допомогло зрозуміти, як чорні діри спотворюють простір і час навколо себе.

Нагадуємо, що деякі вчені підтримують ідею про те, що вся матерія у Всесвіті, зокрема наша галактика і наше Сонце, має різновид розуму і свідомості. Фокус уже писав про те, що з себе представляє ця теорія і звідки вона взялася.